專利名稱：在半導體裝置中形成介電層的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種形成半導體裝置的絕緣膜的方法，以及更特別地涉及一種形成半導體裝置的絕緣膜的方法，該方法可最小化在該絕膜中所產生的缺陷。
背景技術：
在半導體的制備過程中，絕緣膜是用于內層絕緣或內部布線絕緣。此絕緣膜使用TEOS(原硅酸四乙酯)、BPSG(硼磷硅玻璃)、SOD(旋涂式介電材料Spin On Dielectric)等。其中，LP(低壓)-TEOS膜具有好的臺階覆蓋、好的厚度均勻度、好的生產率等。因此，該LP-TEOS膜已廣泛地使用于不需要間隙填補或間隔物的絕緣膜。然而，該LP-TEOS膜在膜質量上不穩(wěn)定并會在隨后熱處理中產生嚴重釋氣現(xiàn)象(out-gassing).
更特別地，如圖1所示，如果在該LP-TEOS膜上沉積其它膜(例如布線)之后，進行熱處理，則會因釋氣現(xiàn)象而產生許多點狀的缺陷。圖1是SEM的照片，其顯示在TEOS膜上所產生的點狀缺陷。在圖1中，參考序號101表示TEOS膜，102表示氮化物膜，以及103表示缺陷點。
此點缺陷在形成圖案的制備過程中會造成缺陷的圖案例如斷開。
圖2是顯示因缺陷點的產生所造成的缺陷圖案的照片。
參考圖2，如果形成TEOS膜，在該TEOS膜上沉積Ti/TiN，并進行退火及圖案化處理，則會在整個晶片(wafer)中產生超過4000個像凸狀及開口或變薄的缺陷。發(fā)現(xiàn)在約317個模具(dies)中產生了這些缺陷。
這些缺陷是由TEOS中固有的膜質量所造成的。即該LP-TEOS膜具有Si(OC2H5)4形狀的分子結構并具有大量的氫碳基(CxHy-)。此LP-TEOS膜具有下列特性在進行隨后的熱處理時，該LP-TEOS膜具有易揮發(fā)的特性。事實上，如果在氮氣環(huán)境中于800℃進行約1小時的退火，則該LP-TEOS膜的厚度會減少約7.5％。此量符合明顯高的數(shù)值。如果不能平穩(wěn)地產生釋氣現(xiàn)象或形成副產物，則點狀的缺陷會存在于該LP-TEOS膜的表面上。
圖3是顯示在該TEOS膜的表面上所存在的雜質的測量結果的特性曲線圖。
從圖3可看出，正如SIMS分析結果，不像一般的絕緣膜，在整個膜厚度上方的TEOS膜的表面上存在有大量的H及C成分。
在該TEOS膜中的高濃度的氣體成分在隨后熱處理過程中作為一個無限釋氣源，并因而造成一貫的(consistent)問題。更特別地，如果是圖案制備過程，在該TEOS膜的表面上的缺陷點或碳成分與光致抗蝕劑反應，造成導線在凸出部分上會斷開或變薄的故障。

發(fā)明內容
因此，考慮到上述問題而作出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的一個目的是提供一種形成半導體裝置的絕緣膜的方法，其中以形成該絕緣膜，進行退火處理以去除包含于該絕緣膜中的釋氣源以及通過熱處理去除在該絕緣膜的表面上所形成的缺陷點、副產物或CH-的方式，來最小化絕緣膜表面上的缺陷的產生并阻止在該絕緣膜上形成如斷開或薄圖案的故障，因而可改善制備過程的可靠度及該裝置的電學特性。
為了完成上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案提供了一種在半導體裝置中形成絕緣膜的方法，其包括下列步驟在半導體襯底上形成內層絕緣膜，并進行熱處理等以便去除包含在該內層絕緣膜中的釋氣源。
在上述中，該內層絕緣膜是由LP-TEOS、BPSG及SOD中任何一個所構成。
該熱處理可以在氧氣氣氛中、N2O氣體氣氛中或真空狀態(tài)中以快速熱處理(RTP)模式進行。在此時，該RTP優(yōu)選是在700℃-1000℃的溫度范圍內進行20-100秒。
同時，該熱處理可以在氧氣氣氛中、N2O氣體氣氛中或真空狀態(tài)中在反應爐中進行。在此時，該熱處理優(yōu)選在700℃-1000℃的溫度范圍內進行30分鐘至1小時。
該方法可進一步包括下列步驟在進行該熱處理之后，對該內層絕緣膜進行表面處理，以去除該內層絕緣膜表面上所吸收的釋氣源或副產物或者該內層絕緣膜的表面上所形成的點缺陷。
在此時，該表面處理可在氧氣等離子處理模式、等離子回蝕刻模式(plasma etch-back mode)、濕式回蝕刻模式或化學機械拋光模式中進行。
在此時，該氧氣等離子處理模式的表面處理可進行10-60秒，同時施加200-1000W的電漿功率(plasma power)并供應300-700sccm的氧氣。
該等離子回蝕刻模式的表面處理可使用CxFy-基或NF-基的含氟氣體進行10-50秒，同時在10mTorr-50mTorr壓力下施加300-500W的偏壓。在此時，該含氟氣體可使用CHF3、CF4及C3F8中之一或其至少一種的混合氣體，并可將該含氟氣體的流率設定為10-200sccm。
該濕式蝕刻模式的表面處理可使用NH4F-基或NF-基的含氟溶液作為蝕刻劑在常溫至70℃的溫度下進行1-10分鐘。在此時，該含氟溶液優(yōu)選使用DHF溶液，該DHF溶液以50∶1至200∶1的比率混合H2O及HF，或者使用BOE溶液，該BOE溶液以100∶1至300∶1的比率混合NH4F及DHF。
在CMP模式的表面處理中，優(yōu)選將目標拋光厚度設定至100以下，漿料使用二氧化硅基的漿料。


圖1是SEM照片，其顯示在TEOS膜上所產生的點狀的缺陷；圖2是顯示因缺陷點的產生所造成的缺陷圖案的照片。
圖3是顯示在TEOS膜的表面上所存在的雜質的測量結果的特性曲線圖。
圖4A至4D是用以說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的半導體裝置中形成絕緣膜的方法的剖面圖；圖5是顯示在進行熱處理之后在內層絕緣膜的表面上的缺陷的照片；以及圖6是顯示進行表面處理之后在內層絕緣膜的表面上的缺陷的照片。
具體實施例方式
現(xiàn)在，將參考附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。因為為了要使本領域一般技術人員能理解本發(fā)明而提供了優(yōu)選的實施方案，所以可以不同方式來修改優(yōu)選實施方案，并且本發(fā)明的范圍并非局限于稍后所描述的優(yōu)選實施方案。此外，在附圖中，為了便于說明及清楚而夸大了每層的厚度及尺寸。相同序號是用以識別相同或相似部分。同時，如果描述一膜位于另一膜或半導體襯底″上″，該膜可與另一膜或該半導體襯底直接接觸，或者第三膜可介于該膜與該另一膜或該半導體襯底之間。
圖4A至4D是用以說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的半導體裝置中形成絕緣膜的方法的剖面圖。
參考圖4A，在半導體襯底401上形成內層絕緣膜402，其中在該半導體襯底上具有用以形成半導體裝置的各種元件(未示出)，例如晶體管、電容器、閃存單元及金屬布線(metal wiring)。
在此時，該內層絕緣膜402可通過LP-TEOS、BPSG或SOD來形成?，F(xiàn)將以由LP-TEOS所形成的內層絕緣膜402為實例進行描述。
參考圖4B，在形成該內層絕緣膜402之后，進行退火處理，以便去除包含在該內層絕緣膜402中的釋氣源。
該內層絕緣膜402包含例如碳、氫和CxHy-基的大量成分。這些成分都會變成釋氣源。如果無法使大量包含在該內層絕緣膜402中的釋氣源平緩地進行釋氣源的釋氣，則會在該內層絕緣膜402的表面上形成副產物。因此，會形成大量具有點狀的缺陷。
為了防止此問題，在形成該內層絕緣膜402之后，進行退火處理。
此熱處理可在快速熱處理(RTP)模式中或在高于沉積該內層絕緣膜402的溫度下的反應爐中進行。
具體地，如果在該RTP模式下進行退火處理，則該退火處理可在O2或N2O氣體環(huán)境中或者在真空狀態(tài)中，在700℃-1000℃的溫度范圍進行20-100秒。
如果在該反應爐中進行退火處理，則該退火處理可在O2或N2O氣體環(huán)境中或者在真空狀態(tài)中，在700℃-1000℃的溫度范圍進行30分鐘至1小時。
參考圖4C，如果通過RTP來排放在該內層絕緣膜402中所包含的釋氣源，則可大量減少該內層絕緣膜402中所包含的釋氣源。然而，在該內層絕緣膜402的表面上可殘留該釋氣源或副產物，或者會形成例如點狀的缺陷。
圖5是顯示在實施該熱處理之后，該內層絕緣膜表面上的缺陷的照片。
從圖5可看出雖然在形成該內層絕緣膜402之后進行了熱處理，但是也會產生例如凸部和開口或變薄的缺陷。然而，可看出晶片中的缺陷總數(shù)已明顯減少為377，并且具有缺陷的模具數(shù)幾乎減少一半為155。
參考圖4D，為了去除圖4C中所述的例如釋氣源、副產物或點狀的缺陷，可將該內層絕緣膜402進行表面處理。
此表面處理可在O2等離子處理模式、等離子回蝕刻模式、濕式回蝕刻模式或CMP模式中進行。
如果表面處理是在O2等離子處理模式中進行的，則該表面處理可進行10-60秒，同時施加200-1000W的電漿功率并供應300-700sccm的氧氣。
如果表面處理是在等離子回蝕刻模式中進行的，則該表面處理可使用CxFy-基或NF-基的含氟氣體進行10-50秒，同時在10mTorr-50mTorr的壓力下施加300-500W的偏壓。在此時，該含氟氣體可使用CHF3、CF4及C3F8中之一或其至少一種的混合氣體，并可將該含氟氣體的流速設定為10-200sccm。
如果表面處理是在濕式回蝕刻模式中進行的，則該表面處理可使用NH4F-基或NF-基的含氟溶液作為蝕刻劑在常溫至70℃的溫度下進行1-10分鐘。在此時，該含氟溶液可使用DHF溶液，該DHF溶液以50∶1至200∶1的比率混合H2O和HF，或者使用BOE溶液，該BOE溶液以100∶1至300∶1的比率混合NH4F和DHF。
如果表面處理是在CMP模式中進行的，則因為此處理的實施是為了表面處理或缺陷的去除而非拋光，所以優(yōu)選將目標拋光厚度設定在100以下。在此時，如果要拋光的膜為TEOS-基氧化物膜，則漿料優(yōu)選使用二氧化硅(SiO2)基的漿料。
圖6是顯示在進行表面處理之后，在內層絕緣膜表面上的缺陷的照片。
由圖6可看出雖然在形成該內層絕緣膜402之后，進行了熱處理，但是也會產生例如凸部和開口或變薄的缺陷。然而，可看出晶片中的缺陷總數(shù)已明顯減少為144，并且具有缺陷的模具數(shù)明顯減少為137。
如上所述，依據(jù)本發(fā)明，形成了絕緣膜，并然后進行退火處理，以去除在該絕緣膜中所包含的釋氣源。然后，通過熱處理去除在該絕緣膜的表面上所形成的缺陷點、副產物或CH-基。因此，可最小化該絕緣膜表面上的缺陷的產生，并防止該絕緣膜上所形成的例如斷開或薄圖案的故障。因此，本發(fā)明的優(yōu)點在于可改善制備過程的可靠性和裝置的電學特性。
雖然已參考優(yōu)選的實施方案進行了上述的描述，但是應當理解本領域一般技術人員在不脫離本發(fā)明的精神及范圍和所附權利要求范圍的條件下可對本發(fā)明進行變更和修改。
權利要求
1.一種在半導體裝置中形成絕緣膜的方法，所述方法包括下列步驟在半導體襯底上形成內層絕緣膜；和進行熱處理，以去除包含在該內層絕緣膜中的釋氣源。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中該內層絕緣膜是由LP-TEOS、BPSG和SOD中的任何一個組成。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中該熱處理是在O2氣體環(huán)境、N2O氣體環(huán)境或真空狀態(tài)中以快速熱處理(RTP)模式進行的。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中該RTP是在700℃-1000℃的溫度范圍進行20-100秒。
5.根據(jù)權利要求3所述的方法，其中該熱處理是在O2氣體環(huán)境中、N2O氣體環(huán)境或真空狀態(tài)中在反應爐中進行的。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中該熱處理是在700℃-1000℃的溫度范圍進行30分鐘至1小時。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括下列步驟在進行熱處理之后，對該內層絕緣膜施加表面處理，以去除在該內層絕緣膜的表面上所吸收的釋氣源或副產物或者在該內層絕緣膜的表面上所形成的點缺陷。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中該表面處理是在氧氣等離子處理模式、等離子回蝕刻模式、濕式回蝕刻模式或化學機械拋光模式中進行的。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中該氧氣等離子處理模式的表面處理進行10-60秒，同時施加200-1000W的電漿功率并供應300-700sccm的氧氣。
10.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中該等離子回蝕刻模式的表面處理是使用CxFy-基或NF-基的含氟氣體進行10-50秒，同時在10mTorr-50mTorr壓力下施加300-500W的偏壓。
11.根據(jù)權利要求10所述的方法，其中該含氟氣體使用CHF3、CF4及C3F8中之一或其至少一種的混合氣體。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中將該含氟氣體的流速設定為10-200sccm。
13.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中該濕式回蝕刻模式的表面處理可使用NH4F-基或NF-基的含氟溶液作為蝕刻劑在常溫至70℃的溫度下進行1-10分鐘。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其中該含氟溶液使用DHF溶液，該DHF溶液以50∶1至200∶1的比率混合H2O和HF，或者使用BOE溶液，該BOE溶液以100∶1至300∶1的比率混合NH4F和DHF。
15.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中在CMP模式的表面處理中，將目標拋光厚度設定至100以下，并且漿料使用二氧化硅基的漿料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種形成半導體裝置的絕緣膜的方法。根據(jù)本發(fā)明形成絕緣膜，并然后進行退火處理，以去除在該絕緣膜中所包含的釋氣源。然后，通過熱處理去除在該絕緣膜的表面上所形成的缺陷點、副產物或CH－基。因此，可最小化該絕緣膜的表面上的缺陷的產生，并阻止在該絕緣膜上形成如斷開或薄圖案的故障。因而，本發(fā)明的優(yōu)點在于可改善制備過程的可靠性和裝置的電學特性。
文檔編號H01L21/31GK1758421SQ200510052520
公開日2006年4月12日 申請日期2005年2月28日 優(yōu)先權日2004年10月7日
發(fā)明者金正根 申請人:海力士半導體有限公司